基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的居民健康水平評(píng)估

任凱 馬昊 張冠群 王大偉

摘要：隨著“健康深圳”的計(jì)劃的實(shí)施，深圳的健康水平已成為深圳最受關(guān)注的話題之一。因此我們根據(jù)深圳市的相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)社會(huì)公共衛(wèi)生環(huán)境和個(gè)人分別進(jìn)行分析。同時(shí)應(yīng)用Matlab軟件對(duì)我們的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練、預(yù)測(cè)。所得出的模型能有效地動(dòng)態(tài)測(cè)控健康水平。

關(guān)鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);動(dòng)態(tài)測(cè)控;動(dòng)態(tài)評(píng)估;eM-Plant仿真

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）08-0083-04

1 背景介紹

在隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有所謂的“失調(diào)性”現(xiàn)象的慢性非傳染性疾病不僅越來(lái)越多，而且還有年青化的趨勢(shì)，因此，需要一種能高效分析這些現(xiàn)象形成機(jī)理的方法[1]。

對(duì)居民個(gè)人和社會(huì)環(huán)境都采用BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型，用于動(dòng)態(tài)健康水平的評(píng)估。評(píng)價(jià)指標(biāo)為飲食習(xí)慣，生活方式，工作壓力，醫(yī)療保障等，將居民個(gè)體健康水平、社會(huì)公共衛(wèi)生與環(huán)境分為優(yōu)、良、差三個(gè)等級(jí)。

通過(guò)上述分析，結(jié)合居民工作壓力，生活方式，飲食習(xí)慣和社會(huì)保障，可以得到居民健康水平評(píng)價(jià)的模型和具體步驟。

（1）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;

（2）確定目標(biāo)向量，輸出層的神經(jīng)元優(yōu)、良、差作為目標(biāo)量，可以客觀的表征居民動(dòng)態(tài)的健康水平。在進(jìn)行居民健康水平評(píng)價(jià)時(shí)，將輸出的目標(biāo)量再進(jìn)行加權(quán)平均，以得到居民健康水平的量化評(píng)價(jià);

（3）對(duì)輸入、輸出的向量進(jìn)行歸一化的處理，將輸入值化為區(qū)間內(nèi)的值。確定網(wǎng)絡(luò)為三層網(wǎng)絡(luò)，即為輸入、輸出和隱層;

（4）選定居民信息，確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)的樣本數(shù)據(jù);

（5）初始化。給定輸入層、隱層、輸出層之間的權(quán)值向量;

（6）輸入訓(xùn)練樣本，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練開(kāi)檢驗(yàn)。直至達(dá)到誤差要求;

（7）獲取待評(píng)價(jià)的居民信息評(píng)價(jià)指標(biāo)，輸入訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得出評(píng)價(jià)結(jié)果下表1所示為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型評(píng)價(jià)得分與綜合評(píng)價(jià)之間的關(guān)系。

2 居民個(gè)體的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)建立與數(shù)據(jù)搜集

對(duì)于居民個(gè)體，我們采用了三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即生活方式，工作壓力與飲食習(xí)慣。對(duì)于生活方式，我們用每天的睡眠時(shí)間（h）來(lái)衡量。對(duì)于工作壓力，我們用每天的工作時(shí)間（h）來(lái)表示。對(duì)于飲食習(xí)慣，我們用每天的蛋白質(zhì)攝入量（g）來(lái)表示[2]。

根據(jù)社會(huì)學(xué)資料，我們?cè)诓煌】禒顩r人群中各隨機(jī)抽取了14名居民進(jìn)調(diào)查，得到居民個(gè)人信息表，見(jiàn)表2。

2.2 模型訓(xùn)練及預(yù)測(cè)

之后，我們結(jié)合上面的數(shù)據(jù)，用Matlab以下面的流程對(duì)我們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，如圖1所示。

根據(jù)所得數(shù)據(jù)，我們得到了訓(xùn)練結(jié)果，見(jiàn)圖2。

將隨機(jī)抽取的三個(gè)居民的健康信息作為輸入來(lái)檢驗(yàn)：（1）第一個(gè)居民，工作時(shí)間為7，睡眠時(shí)間8，攝入蛋白質(zhì)為180輸入;（2）第二個(gè)居民，工作時(shí)間為9，睡眠時(shí)間為9，攝入蛋白質(zhì)為200輸入;（3）第三個(gè)居民，工作時(shí)間為6，睡眠時(shí)間為10，攝入蛋白質(zhì)為170輸入。

進(jìn)行預(yù)測(cè)最終我們得到預(yù)測(cè)結(jié)果：（1）得到第一個(gè)居民的的健康水平評(píng)價(jià)得分為0.79屬于0.7～1，為優(yōu);（2）得到第二個(gè)居民的健康水平評(píng)價(jià)得分為0.65屬于0.4～0.7，為良;（3）得到第三個(gè)居民的健康水平評(píng)價(jià)得分為0.21屬于0～0.4，為差。

2.3 針對(duì)居民個(gè)人解決“失配性”問(wèn)題的方案

在飲食習(xí)慣方面：應(yīng)該保持營(yíng)養(yǎng)均衡，在物質(zhì)生活高度發(fā)展的今天，仍要注重營(yíng)養(yǎng)搭配，單方面營(yíng)養(yǎng)過(guò)?；蛉狈?，都會(huì)影響人的身體健康，合理的控制自身每日蛋白質(zhì)攝入量，能有效的提高自身的健康水平。

在生活方式方面：在深圳這個(gè)一整天都充滿活力的城市里，所以，在夜晚的深圳，也會(huì)看到大量的居民，人們?cè)谧非蠓潘蓨蕵?lè)的同時(shí)，也放棄了正常的休息時(shí)間，隨之導(dǎo)致了一系列的健康問(wèn)題。保證充足的睡眠時(shí)間可以有效地提高居民的精神狀態(tài)，從而提高自身的健康水平。

在工作壓力方面：深圳是一個(gè)高速發(fā)展的城市，充滿了機(jī)遇與挑戰(zhàn)，有大量來(lái)自全國(guó)的年輕人來(lái)此拼搏，每天工作大量時(shí)間，無(wú)論身體或是精神方面都承受了巨大的壓力，在一定程度上影響了其身體健康。所以合理安排工作時(shí)間，能有效提高自身的健康水平[3]。

3 社會(huì)公共衛(wèi)生與環(huán)境的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)建立與數(shù)據(jù)搜集

在研究社會(huì)公共衛(wèi)生與環(huán)境時(shí)，我們采用了四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即生活方式、工作壓力、飲食習(xí)慣和社會(huì)保障。在流程圖上，我們?cè)诰用駛€(gè)人的評(píng)價(jià)指標(biāo)中加入社會(huì)保障，計(jì)算同理。社會(huì)保障我們用深圳市民用于醫(yī)療保險(xiǎn)的金額來(lái)確定。

我們查閱了深圳市2014～2017年各種健康水平人群影響健康因素的相關(guān)資料，得到居民個(gè)人信息表，見(jiàn)表3。

3.2 模型訓(xùn)練及預(yù)測(cè)

在居民個(gè)體健康水平的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，我們?cè)谟绊懸蛩刂屑尤肓松鐣?huì)保障這個(gè)指標(biāo)，并由此獲得了社會(huì)公共衛(wèi)生與環(huán)境的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。新模型的訓(xùn)練流程圖的原理與居民個(gè)體健康水平的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練流程相同。

根據(jù)所得數(shù)據(jù)，我們得到訓(xùn)練結(jié)果，見(jiàn)圖3。

將隨機(jī)抽取的三個(gè)居民的健康信息作為輸入來(lái)檢驗(yàn)：（1）我們將2016年平均數(shù)據(jù)作為輸入（醫(yī)保金額為250.8，工作時(shí)間為9.45，睡眠時(shí)間為10.6，攝入蛋白質(zhì)為297）。（2）我們將2017年平均數(shù)據(jù)作為輸入（醫(yī)保金額為298，工作時(shí)間為7.5，睡眠時(shí)間為9.8，攝入蛋白質(zhì)為326）。（3）我們將2018年平均數(shù)據(jù)作為輸入（醫(yī)保金額為304，工作時(shí)間為10.3，睡眠時(shí)間為7.6，攝入蛋白質(zhì)為287）進(jìn)行預(yù)測(cè)。

最終，我們得到預(yù)測(cè)結(jié)果：（1）得到2016年平均健康水平評(píng)價(jià)得分為0.81屬于0.7～1，為優(yōu);（2）得到2017年平均健康水平評(píng)價(jià)得分為0.91屬于0.7～1，為優(yōu);（3）得到2018年平均數(shù)健康水平評(píng)價(jià)得分為0.9屬于0.7～1，為優(yōu)。

由此可以推斷出深圳市居民，健康水平為優(yōu)的人群，每年的健康狀況依然很好;健康水平為良和差的人群，隨著時(shí)間的推移，自身的身體素質(zhì)是越來(lái)越好的。

3.3 針對(duì)社會(huì)公共衛(wèi)生方面解決“失配性”問(wèn)題的方案

在飲食方面：政府應(yīng)大力宣傳合理、健康的飲食習(xí)慣對(duì)人身體健康的重要性。推出健康食譜，以保證深圳居民平均每日的蛋白質(zhì)攝入量在正常范圍內(nèi)。

在生活方式方面：政府應(yīng)強(qiáng)調(diào)合理的作息時(shí)間分配對(duì)人身體健康的重要性，倡導(dǎo)在企業(yè)內(nèi)部加入午休制度，保證居民每日充足的睡眠時(shí)間。

在工作壓力方面：政府應(yīng)該有效控制各企業(yè)的每日工作時(shí)間，從而降低深圳居民的工作量，減少工作壓力。

在社會(huì)保障方面，政府應(yīng)完善醫(yī)保制度，減少公民的醫(yī)療支出，讓更多人看得起病，提高全社會(huì)醫(yī)療保障水平的同時(shí)，提升社會(huì)整體的健康水平[4]。

4 結(jié)論

該模型適用于各類人群，并且可以根據(jù)各方面因素綜合評(píng)判其健康水平，并可以對(duì)輸入量進(jìn)行干預(yù)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸入量以需求輸出的最優(yōu)解。同時(shí)，該方案成本低，適用于全體深圳居民。且綜合考慮面廣，可以加入各種影響輸出的因素。評(píng)判結(jié)果可靠性也比較高。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以憑借它的高精度，無(wú)限逼近于非線性連續(xù)函數(shù)，自學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力強(qiáng)大。利用本文算法可高效研究深圳居民失配性問(wèn)題并能提出有效方案。

參考文獻(xiàn)

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